(19)
(11) EP 0 114 238 A2

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
01.08.1984  Patentblatt  1984/31

(21) Anmeldenummer: 83111541.5

(22) Anmeldetag:  18.11.1983
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)3H04B 9/00
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AT CH DE FR GB IT LI NL SE

(30) Priorität: 21.01.1983 DE 3301856

(71) Anmelder: Richard Hirschmann Radiotechnisches Werk
73702 Esslingen (DE)

(72) Erfinder:
  • Ludolf, Wilhelm, Dr.-Ing.
    D-7302 Ostfildern 1 (DE)
  • Schenkyr, Rainer, Dipl.-Ing.
    D-7050 Waiblingen (DE)
  • Sommer, Rolf-Dieter, Dipl.-Ing.
    D-7000 Stuttgart 61 (DE)

(74) Vertreter: Stadler, Heinz, Dipl.-Ing. 
Richard Hirschmann GmbH & Co. Abteilung PRP Postfach 16 49
D-72606 Nürtingen
D-72606 Nürtingen (DE)


(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       


    (54) Endstufe eines optischen Senders für digitale Signalübertragung


    (57) Bei einer Endstufe eines optischen Senders für digitale Signalübertragung liegt parallel zur Senderdiode (D) ein Shunt-Transistor (Ts) in Emitterschaltung, zwischen dessen Ein- und Ausgang ein Gegenkopplungsnetzwerk eingeschaltet ist.
    Zur Vermeidung eines unerwünschten Speichereffektes durch Sättigung des Shunt-Transistors (Ts) unabhängig von dessen Kollektorstrom ist das Gegenkopplungsnetzwerk so ausgebildet, daß ein Absinken des Kollektorpotentials des Shunt-Transistors (Ts) unter einen einstellbaren über seiner Sättigungsspannung liegenden Wert durch Verringerung seines Basisstroms verhindert ist.
    Eine besonders zweckmäßige Ausführung dieses Gegenkopplungsnetzwerks als Stromquelle besteht aus einem Transistor (TG), dessen Basis an eine einstellbare Spannungsquelle (URef) angeschlossen ist und der emitterseitig über einen Widerstand (RG) mit dem Kollektor des Shunt-Transistors (Ts) sowie kollektorseitig mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Vorverstärkers (Tv, R,, R2, R3, R4) verbunden ist, dessen Ausgang auf den Eingang des Shunt-Transistors (Ts) führt.




    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft eine Endstufe eines optischen Senders für digitale Signalübertragung, mit einem zur Senderdiode in Emitterschaltung parallel geschalteten Transistor (Shunt - Transistor) und einem zwischen dessen Ein- und Ausgang eingeschalteten Gegenkopplungsnetzwerk. Eine derartige, in Fig. 1 angegebene optische Senderendstufe ist z.B. von dem Experimentiersystem "OXE" der Anmelderin bekannt. Durch die Verwendung des Shunt-Transistors sind gegenüber dem ebenfalls bekannten Aufbau optischer Sender als geschaltete Stromquelle Strom - schwankungen während der Ein- und Ausschaltzeiten der Senderdiode (in der Praxis hauptsächlich LED) und damit Störsignale auf den Versorgungsleitungen vermieden; darüberhinaus ist damit ein einfacher Schaltungsaufbau und die Verwendung kleiner und schneller HF-Transistoren ermöglicht.

    [0002] Bei einer Shunt-Schaltung ohne Gegenkoppiung tritt durch Sättigung des Shunt-Transitors (UCE unterschreitet die Sättigungs - spannung U = 0,3 V) ein unerwünschter Speichereffekt auf, da beim anschließenden Sperren des Shunt-Transistors zuerst die gespeicherten Ladungsträger ausgeräumt werden müssen, ehe die Kollektorspannung wieder ansteigt. Die Speicherzeit ist abhängig vom Basis- und Kollektorstrom und kann im ungünstigsten Fall mehrere Mikrosekunden betragen, sodaB im Extremfall bei ent - sprechend hohen Bitraten die Senderdiode überhaupt nicht mehr einschaltet. Zur Vermeidung dieses Effektes hat man zwischen Basis und Kollektor des Shunt - Transistors als Gegenkopplung eine Schottky - Diode vorgesehen. Da deren Durchlasspannung 0,3,V und die Basisspannung des Shunt-Transistors 0,7 V be - trägt, wird auf einfache Weise das Kollektorpotential des Shunt-Transistors auf einem Wert von ≥ 0,4 V gehalten, bei dem eine Sättigung mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Diese Schaltung ist indessen ohne weitere Maßnahmen nur bis zu Kollektorströmen von maximal etwa 30 mA verwendbar, weil bei höheren Kollektorströmen des Shunt-Transistors im Falle der Gegenkopplung der Spannungsabfall an der Schottky - Diode o,3V übersteigt und somit das Kollektorpotential unter o,4 V ab - sinkt und die Sättigungsspannung erreicht.

    [0003] Für alle hochwertigen Übertragungssysteme, insbesondere für industrielle Anwendungen mit größeren Reichweiten werden je - doch Kollektorströme von > 50 mA benötigt, sodaB die bekannte Senderendstufe lediglich für einen sehr schmalen Anwendungsbe - reich geeignet ist,

    [0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Endstufe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit möglichst geringem Schaltungsaufwand eine Sättigung des Shunt-Transistors unabhängig vom Kollektorstrom wirksam vermieden ist.

    [0005] Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daB das Gegenkopplungsnetz - werk so ausgebildet ist, daB ein Absinken des Kollektorpotentials des Shunt - Transistors unter einen einstellbaren, über seiner Sättigungsspannung liegenden Wert durch Verringerung seines Basisstroms verhindert ist. Das Kollektorpotential des Shunt - Transistors ist somit stets größer als seine Sättigungsspannung, sodaB die optische Senderendstufe auf höchst einfache und kostensparende Weise sowohl bei niederen, als auch bei hohen Senderleistungen frei von Speichereffekten und damit auf der gesamten Breite der Anwendungsmöglichkeiten einsetzbar ist.

    [0006] In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen bzw. eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach dem Hauptanspruch beschrieben.

    [0007] Durch ein Gegenkopplungsnetzwerk gemäB Anspruch 2 arbeitet die erfindungsgemäBe Endstufe unabhängig von der Größe der Versorgungsspannung und ist damit ohne Änderung von Schaltungsbauteilen z.B. im Bereich von 5 - 15 V universell für verschiedene Logikfamilien verwendbar.

    [0008] Eine besonders einfache und zweckmäßige Ausführung einer solchen Stromquelle nach Anspruch 2 ist in Anspruch 3 angegeben, bei der die minimale Spannung am Kollektor des Shunt-Transistors durch das einstellbare Basispotential (URef) mühelos und ohne groBen Aufwand bestimmbar ist. Im Bedarfsfalle können selbstverständlich der Transistor TG und der Wider - stand RG durch einen geeigneten Operationsverstärker ersetzt sein.

    [0009] Eine mit minimalem Aufwand ausgeführte Gegenkopplung ist dem Anspruch 4 zu entnehmen. Dabei ist allerdings in Kauf zu nehmen, daB für unterschiedliche Versorgungsspannungen jeweils eine Änderung der Bauteile oder ein zusätzlicher Schaltungsaufwand nötig ist.

    [0010] Eine SchaltungsmaBnahme gemäB Anspruch 5 bewirkt eine Strom - überhöhung sowohl der ansteigenden als auch der abfallenden Flanken der Digitalsignale; auf diese Weise ist eine wesent - liche Verringerung der Schaltzeiten der Senderdiode und somit eine größere Übertragungskapazität erreicht.

    [0011] Die Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäBen optischen Senderendstufe.

    [0012] Das digitale Eingangssignal gelangt vom EingangsanschluB UE über einen einstufigen Vorverstärker TV, R1, R2, R3, R4 und einen Shunt-Transistor Ts in Emitterschaltung auf die dazu parallel liegende, als LED ausgebildete Senderdiode D, der zur Verkürzung der Schaltzeiten die Parallelschaltung eines Kondensators C und eines Widerstandes R5 in Serie geschaltet ist; Die Kathode der Senderdiode D, sowie der Emitter des Shunt - Transistors T sind mit Masse verbunden; dessen Kollektor (und damit der diodenferne AnschluB der Parallelschaltung C, R5) ist einerseits über einen Vorwiderstand RV an den positiven Pol der Betriebsspannung + UB und zum anderen in einem Gegen - kopplungszweig über einen Widerstand RG an den Emitter eines Transistors TG angeschlossen, dessen Kollektor über die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors TV des Vorverstärkers mit der Basis des Shunt-Transistors T und dessen Basis mit einer Refes renzspannungsquelle URef verbunden ist.

    [0013] Der Widerstand R1 des Vorverstärkers liegt zwischen dem EingangsanschluB UE und der Basis des Transistors TV; die Widerstände R2 und R3 verbinden dessen Basis bzw. Kollektor mit dem posi - tiven Pol der Betriebsspannung UB, der Widerstand R4 seinen Kollektor mit Masse. Der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers ist durch entsprechende Wahl des Verhältnisses der Widerstände R4/R3, der Signalhub des Digitalsignales an der Basis des Transistors TV durch entsprechende GröBe der Widerstände R und R2 einstellbar.

    [0014] Die Referenzspannung URef liegt um die Basis-Emitterspannung des Transistors TG über dem unteren Grenzwert der Kollektorspannung des Shunt-Transistors Ts.

    [0015] Dieser Grenzwert ist somit durch entsprechende Wahl der Referenzspannung URef auf jeden gewünschten Wert (gröBer als die Sättigungsspannung des Shunt-Transistors T ) einstellbar.

    [0016] Solange die Kollektorspannung des Shunt-Transistors Ts über dem eingestellten unteren Grenzwert liegt, ist die Gegenkopplung nicht wirksam. Erreicht die Kollektorspannung jedoch diesen unteren Grenzwert, so wird der Transistor TG leitend; der Strom durch diesen Transistor erhöht den Spannungsabfall am Widerstand R3 und reduziert damit den Kollektorstrom des Transistors TV und somit auch den Basisstrom des Shunt-Transistors TS. Mit Hilfe des Widerstandes RG ist der-Verstärkungsgrad der Gegenkopplung einstell - bar. Diese Gegenkopplung verhindert somit auf ebenso einfache wie wirkungsvolle Weise unabhängig vom Kollektorstrom des Shunt - Transistors Ts dessen Sättigung. AuBerdem arbeitet sie unabhängig von der GröBe der Betriebsspannung UB, da der Transistor TG eine Stromquelle darstellt.

    [0017] Die Parallelschaltung C, R5 bewirkt sowohl ein schnelles Einschalten, als auch Löschen der Sendediode D. Im Moment des Einschal - tens ist der nur durch den Widerstand RV begrenzte Strom wirksam, in eingeschwungenem Zustand der Widerstand RV + R5. Durch die GröBe dieser beiden Widerstände läBt sich somit neben der Höhe des Betriebsstromes der Grad der Stromüberhöhung, mit dem Wert der Kapazität C deren Dauer bestimmen.

    [0018] Beim Ausschalten sinkt das Kollektorpotential des Shunt-Transistors T s rasch bis zum unteren Grenzwert ab, das Potential der Senderdiode sinkt im gleichen MaBe ab und unterschreitet deren FluBspannung, wodurch ein schnelles Abklingen der Strahlung begünstigt wird. Durch diese Verkürzung der Schaltzeiten ist mit geringem Aufwand eine gröBere Übertragungsgeschwindigkeit bzw. eine höhere Bitrate des optischen Senders erreicht.


    Ansprüche

    1. Endstufe eines optischen Senders für digitale Signalüber - tragung, mit einem zur Senderdiode in Emitterschaltung parallel geschalteten Transistor (Shunt-Transistor) und einem zwischen dessen Ein- und Ausgang eingeschalteten Gegenkopplungsnetzwerk, dadurch gekennzeichnet, daB das Gegenkopplungsnetzwerk so ausgebildet ist, daB ein Ab - sinken des Kollektorpotentials des Shunt-Transistors (TS) unter einen einstellbaren,.über seiner Sättigungsspannung liegenden Wert durch Verringerung seines Basisstroms verhindert ist.
     
    2. Endstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB das Gegenkopplungsnetzwerk eine Stromquelle ist, deren Strom proportional zu der Spannung ansteigt, um die das Kollektorpotential den eingestellten Wert unterschreitet.
     
    3. Endstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle aus einem Transistor (TG) besteht, der emitterseitig über einen Widerstand (RG) mit dem Kollektor des Shunt-Transistors (T ) und kollektorseitig mit dem nicht in- vertierenden Anschluß eines Vorverstärkers (TV, R1, R2, R33 R4) verbunden ist, dessen Ausgang auf den Eingang des Shunt-Transistors (T ) führt und daB die Basis des Transi - stors (TG) an eine einstellbare Spannungsquelle (URef) an - geschlossen ist.
     
    4. Endstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenkopplungsnetzwerk aus einer oder mehreren in Serie geschalteten Diode bzw. Dioden besteht, die einerseits an den Kollektor des Shunt-Transistors (T ) und andererseits an den nicht invertierenden Anschluß eines ausgangsseitig mit dem Eingang des Shunt-Transistors (Ts) verbundenen Vorverstärkers angeschlossen ist bzw. sind.
     
    5. Endstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn - zeichnet, daB in Serie zur Senderdiode (D) die Parallel - schaltung eines Widerstandes (R5) und eines Kondensators (C) eingeschaltet ist und die gesamte Shunt-Schaltung (Ts, D, R5, C) über einen Vorwiderstand (RV) an der Versorgungsspannung (UB) liegt.
     




    Zeichnung